DE10206141A1

DE10206141A1 - Low voltage generation in electronic voltage adapter involves rectifying lamp current, charging storage capacitor to provide d.c. voltage; also involves limiting capacitor charging voltage

Info

Publication number: DE10206141A1
Application number: DE10206141A
Authority: DE
Inventors: Marco Seibt
Original assignee: Tridonicatco GmbH and Co KG
Current assignee: Tridonic GmbH and Co KG
Priority date: 2002-02-14
Filing date: 2002-02-14
Publication date: 2003-08-28

Abstract

The adapter has an inverter (1) with switches in series connected to a d.c. voltage source (UBUS) and connected in an anti-phase manner. The inverter is connected to a load circuit (5) containing the lamp (6) and a series resonant circuit. The method involves rectifying the lamp current and charging a storage capacitor to provide a d.c. voltage. It also involves limiting the storage capacitor charging voltage. AN Independent claim is also included for the following: an electronic voltage adapter.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein elektronisches Vorschaltgerät zum Betrieb einer Lampe, wie beispielsweise einer Gasentladungslampe. The present invention relates to a electronic ballast for operating a lamp, such as for example a gas discharge lamp.

Der konkrete Hintergrund der vorliegenden Erfindung ist dabei die Erzeugung einer Versorgungsgleichspannung für den Niedervoltteil eines elektronischen Vorschaltgerätes. Diese Versorgungsgleichspannung wird beispielsweise benötigt, um integrierte Schaltungen zur Ansteuerung der Schalter des Wechselrichters zu versorgen. Um den Wechselrichter hinsichtlich seiner Ansteuerung überhaupt in Betrieb setzen zu können, wird von einem Niedervolt-Gleichrichter zunächst ein Kondensator aufgeladen, dessen Ladespannung zum Inbetriebsetzen des Wechselrichters verwendet werden kann. The concrete background of the present invention is thereby generating a DC supply voltage for the Low-voltage part of an electronic ballast. This DC supply voltage is required, for example integrated circuits for controlling the switches of the To supply the inverter. To the inverter put into operation at all with regard to its control To be able to do this is first of all a low-voltage rectifier a capacitor charged, the charging voltage to Commissioning of the inverter can be used.

Gemäß dem Stand der Technik ist dabei bekannt, die Niedervoltgleichspannung durch Abgriff an dem Verbindungspunkt (Mittenpunkt) zwischen den beiden Leistungsschaltern (FETs) des Wechselrichters abzugreifen und dann gleichzurichten. Bei dieser bekannten Schaltung besteht indessen der Nachteil, dass die Niederspannung (in der Regel 12 V) auch dann erzeugt wird, wenn keine Lampe in die dazu vorgesehenen Fassungen der Leuchte eingesetzt ist bzw. wenn eine eingesetzte Lampe eine oder gar mehrere gebrochene Wendeln aufweist. Wenn keine Lampe in die Fassungen der Leuchte eingesetzt ist, können am Ausgang des Wechselrichters sehr hohe Spannungen auftreten, die für die einzelnen Schaltungen des elektronischen Vorschaltgerätes eine Gefährdung darstellen können. Es besteht daher ein Bedarf dahingehend, die Lampenspannung zu detektieren und für eine Abspaltung des elektronischen Vorschaltgerätes zu sorgen, wenn die Spannung am Wechselrichter zu groß wird. According to the prior art, it is known to tap the low-voltage DC voltage by tapping at the connection point (center point) between the two power switches (FETs) of the inverter and then to rectify it. In this known circuit, however, there is the disadvantage that the low voltage (generally 12 V) is also generated when no lamp is inserted into the lampholder provided for this purpose or when a lamp used has one or more broken filaments. If no lamp is inserted into the lampholder, very high voltages can occur at the output of the inverter, which can be dangerous for the individual circuits of the electronic ballast. There is therefore a need to detect the lamp voltage and to ensure that the electronic ballast is split off if the voltage at the inverter becomes too high.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, zu vermeiden, dass für den Fall des Ausfalls einer Lampe bzw. einer nicht eingesetzten Lampe in die Fassung der Leuchte keine übermäßig große Spannung am Ausgang des Wechselrichters anliegen kann. The invention is therefore based on the object avoid that in the event of a lamp failure or a lamp not inserted into the lampholder no excessive voltage at the output of the Inverter can be present.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Die abhängigen Ansprüche bilden den zentralen Gedanken der Erfindung in besonders vorteilhafter Weise weiter. This object is achieved by the features of independent claims solved. The dependent claims form the central idea of the invention in particular advantageously further.

Zentraler Gedanke der Erfindung ist es, den Niedervolt- Gleichrichter mit der Lampe in Serie zu schalten. The central idea of the invention is to use the low-voltage To connect rectifier with the lamp in series.

Genauer gesagt, ist gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ein elektronisches Vorschaltgerät zum Betrieb einer Lampe, wie beispielsweise einer Gasentladungslampe vorgesehen. Wie bekannt weist dieses elektronische Vorschaltgerät einen Gleichrichter zur Erzeugung einer Zwischengleichspannung aus einer Netz-Wechselspannung auf. Ein Wechselrichter erzeugt eine hochfrequente Wechselspannung, wobei der Wechselrichter üblicherweise zwei abwechselnd angesteuerte Leistungsschalter aufweist. Ein Resonanzlastkreis wird mit dieser hochfrequenten Wechselspannung des Wechselrichters betrieben, wobei die zu betreibende Lampe parallel zu der Kapazität des Resonanzlastkreises schaltbar ist. Weiterhin ist ein Niedervolt-Gleichrichter vorgesehen, der eine Niedervolt- Gleichspannung erzeugt. Gemäß der Erfindung ist wie gesagt dieser Niedervolt-Gleichrichter in Serie zu der Lampe geschaltet. More specifically, is according to one aspect of the present Invention an electronic ballast for operation a lamp, such as a gas discharge lamp intended. As is known, this shows electronic Ballast a rectifier to generate a Intermediate direct voltage from a mains alternating voltage. An inverter generates a high frequency AC voltage, the inverter usually two has alternately controlled circuit breakers. On Resonance load circuit is with this high frequency AC voltage of the inverter operated, the to operating lamp parallel to the capacity of the Resonance load circuit is switchable. Furthermore is a Low-voltage rectifier provided that a low-voltage DC voltage generated. According to the invention is as said this low-voltage rectifier in series with the lamp connected.

Der Niedervolt-Gleichrichter kann eine mit der Lampe in Serie geschaltete Parallelschaltung einer Zener-Diode und einer Kapazität aufweisen. The low voltage rectifier can be used with the lamp in Series-connected parallel connection of a Zener diode and have a capacity.

Alternativ kann die Induktivität des Resonanzlastkreises auf zwei Spuren aufgeteilt sein, wobei in diesem Fall eine Zener-Diode zur Bereitstellung der Niedervolt-Gleichspannung parallel zu einer der beiden Spuren des Resonanzlastkreise geschaltet ist. Alternatively, the inductance of the resonance load circuit can be two tracks can be divided, in this case one Zener diode for providing the low-voltage DC voltage parallel to one of the two tracks of the resonance load circuit is switched.

Weiterhin kann der Niedervolt-Gleichrichter einen Transformator aufweisen, wobei eine Zener-Diode parallel zu der Sekundärwicklung des Transformators geschaltet ist. Furthermore, the low-voltage rectifier can Have transformer, with a Zener diode in parallel the secondary winding of the transformer is switched.

Eine Erfassungseinheit kann ein Fehlen der Niedervolt- Gleichspannung als Lampenausfall detektieren. A detection unit can indicate a lack of low-voltage Detect DC voltage as lamp failure.

Schließlich kann die Niedervolt-Gleichspannung als Versorgungsspannung für integrierte Schaltungen des elektronischen Vorschaltgeräts dienen. Finally, the low-voltage DC voltage can be used as Supply voltage for integrated circuits of the serve electronic ballast.

Gemäss einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Erzeugen einer Gleichspannung in einem elektronischen Vorschaltgerät vorgesehen. Dabe iwird zuerst der Lampenstroms gleichgerichtet, um damit einen Speicherkondensators zur Bereitstellung einer Gleichspannung U_cc aufzuladen. Die Ladespannung des Speicherkondensators kann dabe bspw. durch eine Zener-Diode begrenzt werden. According to a further aspect of the invention, a method for generating a DC voltage in an electronic ballast is provided. The lamp current is first rectified in order to charge a storage capacitor for providing a direct voltage U _cc . The charging voltage of the storage capacitor can be limited, for example, by a Zener diode.

Weitere Merkmale, Vorteile und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung werden nunmehr bezugnehmend auf die Figuren der begleitenden Zeichnungen näher erläutert. Aus dieser folgenden detaillierten Beschreibung von Ausführungsbeispielen werden weitere Merkmale, Vorteile und Eigenschaften ersichtlich. Other features, advantages and characteristics of the The present invention will now be referred to Figures of the accompanying drawings explained in more detail. Out this following detailed description of Embodiments are other features, advantages and Properties evident.

Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt eines elektronischen Vorschaltgeräts gemäß der vorliegenden Erfindung, nämlich die zur Erzeugung einer Niedervolt- Gleichspannung benötigten Bauteile Fig. 1 shows a section of an electronic ballast according to the present invention, namely the components required to generate a low-voltage DC voltage

Fig. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zur Erzeugung der Niedervolt-Gleichspannung in einem elektronischen Vorschaltgerät zum Betrieb einer Lampe wie beispielsweise einer Gasentladungslampe, und FIG. 2 shows a further exemplary embodiment of the present invention for generating the low-voltage DC voltage in an electronic ballast for operating a lamp, such as a gas discharge lamp, and

Fig. 3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltung zur Erzeugung einer Niedervolt-Gleichspannung in einem elektronischen Vorschaltgerät. Fig. 3 shows a third embodiment of an inventive circuit for generating a low-voltage DC voltage in an electronic ballast.

Wie in Fig. 1 ersichtlich, wird ein Wechselrichter 1 mit zwei Leistungsschaltern 2, 3 von einer Steuereinheit 4 wie beispielsweise einer integrierten Schaltung (IC) angesteuert. Die integrierte Schaltung 4 schaltet abwechselnd einen der beiden Leistungsschalter 2, 3 des Wechselrichters 1 mit hoher Frequenz. An dem Knotenpunkt der beiden Schalter 2, 3 ist ein Lastkreis 5 angeschlossen. Dieser Lastkreis 5 weist dabei die Lampe 6 parallel zu einem Resonanzkondensator C2 eines Serienresonanzkreises auf, der durch den genannten Resonanzkondensator C2 und eine Drossel L1 gebildet ist. Der Lastkreis 5 ist dabei mit dem Wechslerichter 4 mittels eines Koppelkondensators C1 verbunden, zu dem ggf. ein nicht dargestellter hochohmiger Widerstand parallel geschaltet werden kann, um das sogenannte Walmen der Lampe zu verhindern. As can be seen in FIG. 1, an inverter 1 with two power switches 2 , 3 is controlled by a control unit 4, such as an integrated circuit (IC). The integrated circuit 4 alternately switches one of the two circuit breakers 2 , 3 of the inverter 1 at a high frequency. A load circuit 5 is connected to the node of the two switches 2 , 3 . This load circuit 5 has the lamp 6 parallel to a resonance capacitor C2 of a series resonance circuit, which is formed by the aforementioned resonance capacitor C2 and a choke L1. The load circuit 5 is connected to the inverter 4 by means of a coupling capacitor C1, to which a high-resistance resistor (not shown) can optionally be connected in parallel in order to prevent the lamp from being so-called.

Ziel der Schaltung gemäß der vorliegenden Erfindung, wie im folgenden näher erläutert werden wird, ist es, eine Niedervolt-Versorgungsgleichspannung beispielsweise von 12 Volt bereit zu stellen, die als Versorgungsgleichspannung U_cc für den Niedervoltteil des elektronischen Vorschaltgeräts (bspw. für die integrierte Schaltung 4) dienen kann. The aim of the circuit according to the present invention, as will be explained in more detail below, is to provide a low-voltage DC supply voltage, for example of 12 volts, which is used as DC supply voltage U _cc for the low-voltage part of the electronic ballast (for example for the integrated circuit 4 ) can serve.

Gemäß dem Ausführungsbeispiel von Fig. 1 wird dazu ein Speicherkondensator C3 mit dem mittels einer Diode D1 gleichgerichteten Lampenstrom auf eine definierte Ladespannung U_cc von bspw. 12 Volt aufgeladen. Zur Begrenzung der Ladespannung dient eine Zener-Diode D2 parallel zu dem Speicherkondensator C3. Weiterhin ist parallel zu der Zener-Diode D2 ein weitere Kondensator C4 vorgesehen, der derart bemessen ist, dass nach dem Zünden der Lampe möglichst kein Strom durch die Zener-Diode D2 fliesst. According to the embodiment of FIG. 1, a storage capacitor C3 to the rectified by a diode D1 lamp current to a defined charging voltage U _cc of 12 volts, for example to. Recharged. A Zener diode D2 is used in parallel with the storage capacitor C3 to limit the charging voltage. Furthermore, a further capacitor C4 is provided in parallel to the Zener diode D2, which is dimensioned such that, after the lamp has been ignited, as little current as possible flows through the Zener diode D2.

Die Zener-Diode D2 begrenzt dabei die Versorgungsspannung U_cc insbesondere beim Zünden der Lampe auf bspw. 12 Volt. Die Verlustleistung an der Zener-Diode D2 entspricht somit dem Produkt des durch die Zener-Diode D2 fließenden Stroms multipliziert mit diesen 12 Volt. Insgesamt ergibt sich somit eine im Normalbetrieb der Lampe nahezu verlustfreie Niedervoltversorgung. The Zener diode D2 limits the supply voltage U _cc, in particular when the lamp is ignited, for example to 12 volts. The power loss at the Zener diode D2 thus corresponds to the product of the current flowing through the Zener diode D2 multiplied by these 12 volts. Overall, this results in a low-voltage supply that is almost loss-free during normal operation of the lamp.

Vorteil der in Fig. 1 dargestellten sowie aller weiteren dargestellten Schaltungen gemäß der vorliegenden Erfindung ist es, dass, wenn keine Lampe 6 in die dazu vorgesehenen Fassungen der Leuchte eingesetzt ist bzw. eine oder gar beide Wendeln 7, 8 der Lampe gebrochen sind, weder ein Heizstrom noch ein Strom über die Gasentladungsstrecke fliesen kann. Somit wird in unter den genannten Bedingungen auch keine Niedervoltspannung erzeugt werden kann. Somit liegt an den integrierten Schaltungen, wie beispielsweise der Steuerung 4 für den Wechselrichter 1 keine Versorgungsspannung U_cc an, so dass sich in kurzer Zeit das elektronische Vorschaltgerät insgesamt abschaltet. The advantage of the circuits shown in FIG. 1 and of all the other circuits shown according to the present invention is that if no lamp 6 is inserted into the lampholder provided for this purpose or if one or even both filaments 7 , 8 of the lamp are broken, neither a heating current can still flow a current over the gas discharge path. Thus, no low-voltage voltage can be generated under the conditions mentioned. There is therefore no supply voltage U _cc at the integrated circuits, such as the controller 4 for the inverter 1 , so that the electronic ballast as a whole switches off in a short time.

In Fig. 2 ist eine Weiterentwicklung der in Fig. 1 dargestellten Schaltung dargestellt. Der Serienresonanzkreis weist auch gemäß diesem Ausführungsbeispiel von Fig. 2 den Resonanzkondensator C2 parallel zu der eingesetzten Lampe 6 auf. Allerdings ist gemäß dem Ausführungsbeispiel von Fig. 2 die Induktivität des Sereinresonanzkreises auf zwei Spulen L1, L2 aufgeteilt. Die Zener-Diode D2 ist parallel zu der einen dieser beiden Resonanzinduktivitäten L2 geschaltet. Auch hier wird mittels einer Diode D1 ein Kondensator C3 aufgeladen, so dass dessen Ladespannung als Niedervolt- Gleichversorgungsspannung U_cc verwendet werden kann. In FIG. 2 a further development of the circuit shown in Fig. 1 is shown. According to this exemplary embodiment from FIG. 2, the series resonance circuit also has the resonance capacitor C2 parallel to the lamp 6 used . However, according to the embodiment of FIG. 2, the inductance of the series resonance circuit is divided into two coils L1, L2. The Zener diode D2 is connected in parallel to one of these two resonance inductors L2. Here too, a capacitor C3 is charged by means of a diode D1, so that its charging voltage can be used as a low-voltage DC supply voltage U _cc .

In dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 ist die parallel zu der Zener-Diode D2 geschaltete Resonanzinduktivität L2 derart dimensioniert, dass ihr Kern bei Erreichen einer vorbestimmten (maximalen) Niedervolt- Gleichversorgungsspannung von beispielsweise 12 Volt in Sättigung geht und somit die auch an der Zener-Diode D2 anliegende Spannung begrenzt. Der Lampenstrom fließt also beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 zum Teil auch durch die zweite Resonanzinduktivität L2. Bei der entsprechend gewählten Dimensionierung liegen somit an der Zener-Diode D2 im Normalbetrieb der Lampe nicht sehr viel mehr als die gewünschten beispielsweise 12 Volt an, wodurch der durch die Zener-Diode D2 fließende Strom stark begrenzt, so dass die Verlustleistung entsprechend dem Produkt des durch die Zener-Diode D2 fließenden Stroms multipliziert mit der anliegenden Spannung von beispielsweise 12 Volt sehr gering ist. In the exemplary embodiment according to FIG. 2, the resonance inductor L2 connected in parallel with the Zener diode D2 is dimensioned such that its core saturates when a predetermined (maximum) low-voltage DC supply voltage of, for example, 12 volts is reached, and thus also at the Zener Diode D2 applied voltage limited. In the exemplary embodiment according to FIG. 2, the lamp current also partly flows through the second resonance inductor L2. With the dimensioning chosen accordingly, the Zener diode D2 during normal operation of the lamp is not much more than the desired 12 volts, for example, whereby the current flowing through the Zener diode D2 is severely limited, so that the power loss corresponding to the product of current flowing through the Zener diode D2 multiplied by the applied voltage of, for example, 12 volts is very low.

Fig. 3 stellt eine noch weitere Entwicklung dieser Schaltung dar. Ziel der Weiterentwicklung ist dabei die an der Zener- Diode D2 anfallende Verlustleistung nahezu auf 0 zu drücken. Gemäß dem Ausführungsbeispiel von Fig. 3 ist ein Übertrager 9 in Serie zu der Lampe 6 geschaltet. Die Zener-Diode D2 ist dabei parallel zu der Sekundärwicklung des Übertragers 9 geschaltet. Der Übertrager 9 sorgt somit dafür, dass der durch die Zener-Diode D2 fließende Strom sehr gering ist. Dies wird dadurch erreicht, dass das Übersetzungsverhältnis des Übertragers 9 von rechts nach links in Fig. 1 größer als 1 gewählt wird. FIG. 3 shows a further development of this circuit. The aim of the further development is to push the power loss at the Zener diode D2 almost to zero. According to the embodiment of FIG. 3 is a transformer 9 is connected in series with the lamp 6. The Zener diode D2 is connected in parallel to the secondary winding of the transformer 9 . The transformer 9 thus ensures that the current flowing through the Zener diode D2 is very low. This is achieved in that the transmission ratio of the transformer 9 is chosen to be greater than 1 from right to left in FIG. 1.

Wie bereits mehrfach erwähnt, ist es Vorteil der vorliegenden Erfindung, dass bei einem Lampenausfall bzw. einer nicht eingesetzten Lampe auch keine Niedervolt- Gleichspannung als Versorgungsspannung für integrierte Schaltungen des elektronischen Vorschaltgeräts erzeugt wird. Somit schaltet sich das elektronische Vorschaltgerät selbst ab. Das Ausfallen bzw. Fehlen der Niedervolt-Gleichspannung kann somit von einer (in den Figuren nicht dargestellt) Erfassungseinheit als Lampenausfall bzw. fehlende Lampe detektiert und ggf. einem Benutzer gegenüber akustisch, optisch oder dgl. angezeigt werden. Die Niedervolt- Gleichspannungseinheit stellt somit in vorteilhafter Weise gleichzeitig auch eine Lampenfehler-Erfassungseinheit mit Selbstabschaltung dar. As mentioned several times, it is the advantage of present invention that in the event of a lamp failure or a low-voltage lamp DC voltage as supply voltage for integrated Circuits of the electronic ballast is generated. The electronic ballast thus switches itself from. The failure or absence of the low-voltage DC voltage can thus be used by one (not shown in the figures) Registration unit as lamp failure or missing lamp detected and, if necessary, acoustically to a user, be displayed optically or the like. The low voltage DC voltage unit thus advantageously at the same time with a lamp fault detection unit Automatic shutdown.

Claims

1. Electronic ballast for operating a lamp ( 6 ), in particular a gas discharge lamp, comprising:
an inverter ( 1 ) which has two switches ( 2 , 3 ) connected in series to a direct voltage source (U _BUS ) and connected in push-pull and connected to a load circuit ( 5 ) which has the gas discharge lamp ( 4 ) and a series resonant circuit , and
a low-voltage rectifier that generates a low-voltage DC voltage (U _cc ),
characterized by
that the low-voltage rectifier is connected in series with the lamp ( 6 ).

2. Electronic ballast according to claim 1, characterized, that the low-voltage rectifier gets you through the rectified lamp current charged capacitor (C3).

3. Electronic ballast according to claim 2, characterized, that the charging voltage of the capacitor (C3) by a parallel Zener diode (D2) is limited.

4. Electronic ballast according to claim 3, marked by, Means for limiting the Zener diode (D2) flowing current in normal operation of the lamp.

5. Electronic ballast according to claim 3 or 4, characterized, that the inductance of the series resonant circuit on two Coils (L1, L2) is divided, one of the two Coils (L2) connected in parallel to the Zener diode (D2) is.

6. Electronic ballast according to claim 5, characterized, that the coil (L2) to which the Zener diode (D2) is in parallel is switched, is dimensioned such that it at Reaching a predetermined low-voltage DC voltage in Saturation goes.

7. Electronic ballast according to claim 1, characterized, that the low voltage rectifier is a transformer having a Zener diode in parallel with that Secondary winding of the transformer is switched.

8. Electronic. Ballast according to one of the previous claims, marked by, a detection unit that indicates a lack of low-voltage DC voltage detected as lamp failure.

9. Electronic ballast one of the previous Expectations, characterized, that the low-voltage DC voltage as the supply voltage for integrated circuits of electronic Ballast is used.

10. A method for generating a DC voltage in an electronic ballast for operating a lamp ( 6 ), in particular a gas discharge lamp, the ballast having an inverter ( 1 ) which has two series-connected to a DC voltage source (U _BUS ) and connected in push-pull mode Has switch ( 2 , 3 ) and is connected to a load circuit ( 5 ) which has the gas discharge lamp ( 4 ) and a series resonance circuit, characterized by the following steps:

- rectifying the lamp current, and

- Charging a storage capacitor (C3) to provide a DC voltage (U _cc )

11. The method according to claim 10, characterized by the step:

- Limiting the charging voltage of the storage capacitor.